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2019年  41卷  第11期

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区块链技术及其研究进展
朱岩, 王巧石, 秦博涵, 王中豪
2019, 41(11): 1361-1373. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.26.004
摘要:
从区块链的设计和需求出发,阐明了区块链技术中的基本概念与特征及其基础架构;其次,以比特币为例详细介绍了区块链中各种机制,包括:区块结构与防篡改机制、交易结构与脚本语言、交易人员身份鉴别机制以及网络高效交易传播机制等;而且,按照证明类、拜占庭类、传统共识类及混合共识类等类型,详细描述了当前几种主流的区块链共识算法;此外,对智能合约的概念、组织结构及模块关系以及执行方式与过程进行了讨论;最后,对区块链面临的主要安全挑战进行了总结,从而达到系统地把握区块链技术发展和趋势的目的.
高海拔寒区岩质边坡变形破坏机制研究现状及趋势
李长洪, 肖永刚, 王宇, 卜磊, 侯志强
2019, 41(11): 1374-1386. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.07.004
摘要:
高海拔寒区矿山岩质边坡变形破坏机制研究已取得一定的研究成果,但基于现行理论与技术还难以全面解决未来高寒边坡失稳机理和灾害防控的所有问题,至今尚未建立起完善的高寒边坡开采研究体系和边坡稳定性判别标准. 本文对高寒岩质边坡变形破坏的室内岩石力学试验、边坡物理相似模拟、多场多相耦合数值模拟、变形破坏原位监测、高海拔寒区岩质边坡失稳机理五个方面开展了大量的文献调研,总结高寒岩体变形破坏有关的研究成果,继而对存在的问题进行探讨并分析当前研究的不足,总结出高寒岩质边坡变形破坏研究领域亟待解决的关键问题:一是开采扰动条件下高海拔寒区矿山边坡岩体结构损伤劣化机制,二是冻融循环条件下流−固−气多相多场耦合边坡失稳时效特征与评价方法;并就未来高寒边坡变形和破坏研究方向及发展趋势予以分析,指出开展不同应力路径冻融循环耦合作用下岩体结构损伤劣化机理研究,开展爆破采动条件下高海拔寒区岩质边坡结构面致溃机制及边坡失稳破坏研究,开展地震荷载作用下高海拔寒区节理岩质边坡地震动力响应及致灾规律研究,研究多场多相耦合条件下节理岩体损伤劣化机理,开展高海拔寒区矿山边坡抗寒多参量实时安全监测及失稳预警技术研究五个方面是未来研究的趋势.
复杂压裂缝网页岩气储层压力传播动边界研究
亓倩, 朱维耀
2019, 41(11): 1387-1396. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.21.002
摘要:
页岩气储层中存在大量的纳微米孔隙,且孔隙裂缝结构复杂,气体渗流阻力大,存在多尺度渗流的问题;页岩气储层压力扰动随时间向外传播并非瞬时到达无穷远,其渗流规律就是一个压力扰动边缘动边界的问题。基于对以上问题的研究,本文建立了渗透率分形分布和高斯分布的渗透率表征模型,对不同形态缝网压裂特征就渗流规律进行了描述,并利用稳态依次替换法,考虑页岩储层中扩散、滑移及解吸作用,进一步研究了多级压裂水平井不稳定渗流压力扰动的传播模型,得到不同压裂条件下压力扰动边界随时间变化的关系,并结合我国南方海相龙马溪组页岩气藏储层参数,应用MATLAB编程。研究表明:压力传播动边界随时间增加逐渐向外扩展,渗透率越小,压力传播越慢;未压裂储层压力传播速度<渗透率分形分布压裂储层传播速度<渗透率高斯分布压裂储层传播速度。对于渗透率极低的页岩气储层,压力传播慢,气井自然产能低,必须对页岩气储层进行大规模的储层压裂改造,并控制压裂程度,以提高页岩气开发效果;基于压力传播动边界的扩展优化页岩储层压裂井段间距90 m,优化渗透率分形分布压裂井井间距318 m,渗透率高斯分布压裂井井间距252 m。因此应合理控制页岩储层压裂改造规模,实现优产高产。模型模拟结果与实际生产数据拟合较好,验证了本研究理论模型的适用性。
赤铁矿的自载体作用及对浮选的影响
李东, 印万忠, 孙春宝, 张瑞洋
2019, 41(11): 1397-1404. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.05.004
摘要:
通过单矿物浮选试验、光学显微镜分析、E-DLVO理论计算、团聚动力学分析等研究了油酸钠浮选体系下赤铁矿浮选过程中的自载体作用。单矿物浮选试验表明,粗粒赤铁矿(−106 + 45 μm)的可浮性较好,当油酸钠用量超过15 mg·L−1时,回收率可达到90%以上,而细粒赤铁矿(−18 μm)的浮选回收率、浮选速率则较低;当粗−细赤铁矿中粗粒和细粒的质量近似相等时,粗粒的“自载体”效果最强,浮选回收率增加的也最明显,但粗粒过量则会导致粗粒对细粒赤铁矿浮选的强化作用减弱。光学显微镜分析和E-DLVO理论计算表明,粗−细赤铁矿颗粒间的相互作用能高于细粒赤铁矿间的相互作用能,与细粒赤铁矿相比,粗−细赤铁矿间更容易发生团聚,这也是粗粒能够强化细粒赤铁矿浮选(自载体作用)的主要原因。但过量的粗粒赤铁矿会增强其浮选过程中的“磨削、剪切”作用,导致粗粒的“自载体”效果减弱,浮选回收率降低。
浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理
周茜, 刘娟红, 吴爱祥, 王洪江, 付士峰, 谷峪
2019, 41(11): 1405-1411. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.16.002
摘要:
针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限,且屈服应力增大,流动性降低等问题,研究了絮凝剂−浓密增效剂共同作用,进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度,降低料浆屈服应力,并从微观角度进行机理分析. 结果表明:通过沉降与流变试验发现,最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂,固相质量分数可提高8.57%~10.13%,同时屈服应力降低6.68~12.85 Pa;多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本,还可以提高膏体充填材料的抗压强度;灰砂质量比1∶12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28 d抗压强度为2.5 MPa,与灰砂质量比1∶6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度相差小于20%;通过总有机碳(TOC)吸附试验与Zeta电位试验发现,浓密增效剂具有吸附与分散的作用,会打开絮凝结构,释放絮团间水,从而提高尾砂浓度,并改善尾砂颗粒的流动性.
基于PCA和MCMC的贝叶斯方法的海下矿山水害源识别分析
颜丙乾, 任奋华, 蔡美峰, 郭奇峰, 王培涛
2019, 41(11): 1412-1421. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.03.004
摘要:
海底金矿矿山水害对矿山生产、人员施工及矿山设备等产生较大威胁,是矿山开采中的自然灾害之一,快速有效的判别出矿山水害水源对于事故的防治有重要意义。三山岛金矿的巷道围岩裂隙普遍并长期存在涌水现象,矿区开采中矿井水害的水源主要有海水、第四系水、基岩裂隙水、地下水等,为了准确快速的判别矿井水水源,有效预防矿井水突水及水害威胁,本研究结合监测点水样的水文地质条件与不同监测点水样的水化学成分分析,选取Mg2+、Na++K+、Ca2+、SO42−、Cl和HCO3 共6项指标作为判别因子,通过主成分分析得出不同水样的矿化程度。在贝叶斯算法分析原理的基础上,将马尔可夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)引入到贝叶斯方法中,运用统计软件SPSS统计,构建贝叶斯判别分析模型,得出基于水样样本信息的算法估计的后验分布,得出矿山水害水源的分析方法。运用三山岛金矿水害取水点的水样分析数据进行详细的分析验证,建立矿井突水水源模型,进行不同水样的信息分析,得出贝叶斯统计函数并进行水源判别结果分析,验证了贝叶斯矿山水害水源判别模型的准确性和实用性,对现场工作的开展和水害防治有一定的指导意义。
劈裂荷载下的岩石声发射及微观破裂特性
刘希灵, 刘周, 李夕兵, 韩梦思, 杨柳青
2019, 41(11): 1422-1432. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.29.005
摘要:
通过开展花岗岩和大理岩巴西圆盘声发射试验,结合扫描电镜进行破裂面微观形貌分析,探讨了劈裂荷载下岩石声发射特性与微观破裂机制的关系。结果表明:基于RA(上升时间与幅值的比值)和AF(平均频率)的变化趋势,不同裂纹模式(拉伸裂纹、剪切裂纹以及复合裂纹)的分布和破坏强度受岩石结构影响,但岩石裂纹演化过程不受其影响。相应地,两种岩样破裂信号均以400~499 kHz为主,100~199 kHz的信号次之,但不同破裂阶段的峰值频率变化趋势显著不同。在微观形貌上,花岗岩劈裂面的微观形貌以层叠状、台阶状及平坦状为主;而大理岩以光滑多面体状为主。此外,结合频率−尺度缩放关系可推测,400~499 kHz的信号应主要来自钾长石、大理岩矿物颗粒内部的破裂;100~199 kHz的信号应主要来自石英矿物颗粒内部不连续分离以及压密阶段矿物颗粒之间的滑移。
冻融循环对全尾砂固结体力学性能影响及无损检测研究
侯运炳, 张兴, 李攀, 丁鹏初, 曹曙雄, 韩冬
2019, 41(11): 1433-1443. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.23.002
摘要:
尾砂固结排放能有效解决尾砂的处置问题,然而固结后的尾砂堆体多处于地表,其性能受自然环境影响较大。我国北方地区存在广泛的冻融循环现象,冻融作用会影响固结体的强度和声电特性,为探究冻融循环条件下全尾砂固结体损伤状态和机制,以李楼铁矿全尾砂固结体为研究对象,对经历不同冻融循环次数的全尾砂固结体试样进行无侧限抗压强度试验、扫描电镜(SEM)试验、电阻率试验和超声波波速试验,借助Matlab软件二值化数字图像处理技术对试样的表面裂隙进行定量分析,并利用电阻率和超声波检测技术对固结体试样冻融循环损伤进行联合检测。结果表明:随冻融循环次数的增加,固结体的无侧限抗压强度呈指数型减小趋势,冻融循环早期(0~5次)固结体的强度减少量最多;冻融循环对固结体的损伤是逐渐累积的过程,全尾砂固结体表观劣化特征发展过程为:微裂隙萌生→裂隙延伸发展→外表层破坏→内部结构破坏;固结体初始强度越大,表面裂纹数越少;内部微观结构由密实状态向疏松状态转变;固结体无侧限抗压强度与电阻率、超声波纵波波速呈正相关,遵循对数函数关系,建立了强度−电阻率和强度−超声波波速无损检测模型;电阻率和超声波波速能准确全面地评价冻融循环条件下全尾砂固结体的损伤状态。
时效对Al−2Li二元合金钝化膜耐蚀性及结构的影响
王赫男, 邓佳诚, 邵冰冰, 刘红
2019, 41(11): 1444-1449. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.30.004
摘要:
Al−Li合金具有低密度、高强韧性和低的腐蚀疲劳扩展速率的优点,在航空领域有着广泛应用。Al3Li(δ′)相是Al−Li合金中主要强化相之一,因含有活性元素Li对该合金的腐蚀行为产生显著影响。为明确δ′相在Al−Li合金电化学腐蚀中的作用,真空熔炼制备Al−2Li二元合金,固溶后进行180 ℃等温时效,用X射线衍射(XRD)检测合金的相组成。在质量分数为3.5% 的NaCl水溶液中,用动电位极化的方法测量了该合金的极化曲线。−0.85 V vs SCE钝化电位下形成钝化膜后,用电化学阻抗(EIS)检验钝化膜的耐蚀性;用恒电位阳极极化和Mott−Schottky(M−S)曲线对该合金钝化膜的结构进行分析。结果表明,Al−2Li合金的自腐蚀电位随时效时间增加先正移后负移;固溶和时效合金钝化膜的EIS都由两个容抗弧组成,时效未改变钝化膜的腐蚀机制;钝化膜耐蚀性由高到低的顺序为:时效20 h>固溶>时效40 h>时效1 h,且耐蚀性与其致密性及膜内的载流子密度有关。
多目标多约束混合流水车间插单重调度问题研究
何小妹, 董绍华
2019, 41(11): 1450-1457. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.27.002
摘要:
研究了多目标多阶段混合流水车间的紧急订单插单重调度问题,综合考虑工件批量、刀具换装时间、运输能力等约束。先以最小化订单完工时间和最小化总运输时间为双目标建立静态初始订单调度模型,再针对紧急订单插单干扰,增加最小化总加工机器偏差值目标,建立三目标重调度优化模型,并分别用NSGA-II算法与融合基于事件驱动的重调度策略和重排插单策略的NSGA-III算法对两个模型进行求解。最后,以某实际船用管类零件生产企业为案例,先对NSGA-II算法和NSGA-III算法的性能进行评估,得到NSGA-II算法更适用于解决双目标优化问题而NSGA-III算法在解决三目标优化问题时表现更优的结论,再将所建模型与所提算法应用于该企业的十组插单案例中,所得优化率接近三分之一,验证了实用性和有效性。
变工况过程中球轴承保持架的稳定性
张志强, 王黎钦, 张传伟, 张雨萌, 古乐
2019, 41(11): 1458-1464. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.11.30.002
摘要:
建立了球轴承ADAMS多体动力学模型,考虑轴承各元件之间的相互碰撞作用及摩擦力,分析了变工况下动量轮用球轴承的保持架质心的涡动行为,对保持架的运行稳定性做出了定量的分析。讨论了轴承启动加速度大小、轴向载荷和有无重力场对保持架稳定性的影响。结果表明轴承启动加速度增加,缩短了轴承启动过程的时间,引导面对保持架的引导作用增强,较高的转速更有利于保持架运行的稳定,但较大的启动加速度使得轴承摩擦力矩较大;轴向载荷升高加剧了滚动体与保持架的碰撞,增加了保持架的涡动状态,而且轴向载荷的增加使得轴承摩擦力矩增加;失重状态下保持架与套圈的碰撞加剧,保持架涡动增加。
热轧过程中摩擦系数非对称性对轧机振动及稳定性的影响
黄金磊, 臧勇, 郜志英
2019, 41(11): 1465-1472. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.06.002
摘要:
建立了摩擦系数非对称性的轧制过程模型,并与某热轧机传动系统的垂直−水平−扭转结构模型相结合,建立了结构−过程相耦合的动力学模型。利用稳定性准则确定了摩擦系数非对称作用下轧机系统的稳定域,分析了摩擦系数的非对称性对轧机系统振动特性和稳定性的影响规律。通过仿真分析表明,摩擦系数的非对称性对系统的稳定性有显著的影响,随着非对称程度的不同,系统会出现稳定域、水平失稳域和水平扭转失稳域,不同程度的非对称性会造成不同的振动形态。通过对某热轧厂现场测试,得到了轧机系统的振动信号,验证了仿真分析的正确性,同时指出轧制集装箱板和普板(Q235)时的变形抗力不同引起稳定域的差异,从而使得在摩擦系数的非对称程度一样时,轧制集装箱板时落在了水平失稳域,系统出现了明显的水平振动;轧制普板(Q235)时落在了稳定域,系统没有明显的振动。
π型向心径向流吸附器气−固两相模型传热传质特性
王浩宇, 刘应书, 张传钊, 陈福祥, 马晓钧, 李春旺
2019, 41(11): 1473-1483. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.26.001
摘要:
为了明确径向流吸附器变压吸附制氧的传热传质规律并提高制氧效率,建立π型向心径向流吸附器(CP-π RFA)的气固耦合两相吸附模型,通过计算流体力学方法对能量模型、吸附热以及颗粒尺寸等因素进行了数值模拟。结果表明:单相模型在加压过程和吸附过程中床层内最高温度分别为309.19 K和311.63 K,氧气摩尔分数最高值分别为55.66%和62.65%;同等条件下两相模型在加压过程和吸附过程中床层内最高温度分别为302.27 K和305.29 K,氧气摩尔分数最高值分别为57.51%和66.02%。未考虑吸附热的加压过程和吸附过程床层内最高温度分别为293.5 K和293.9 K,氧气摩尔分数最高值分别为59.25%和72.18%;同等条件下考虑吸附热时在加压过程和吸附过程中床层内最高温度分别为302.3 K和305.3 K,氧气摩尔分数最高值分别为57.51%和66.02%。随着颗粒直径的增加,出口产品气的氧气摩尔分数逐渐下降,同时产品气流量与回收率逐渐增加,颗粒直径1.6 mm为最佳吸附剂颗粒直径。本实验获得了吸附器内部传热传质规律,为CP-π RFA用于变压吸附制氧提供重要的技术参考。
视线追踪中一种新的由粗及精的瞳孔定位方法
李擎, 胡京尧, 迟健男, 张晓翠, 张国胜
2019, 41(11): 1484-1492. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.06.005
摘要:
基于图像处理的方法,采用了由粗及精的瞳孔定位思想,提出了一种高精度的瞳孔定位算法。该算法首先利用瞳孔区域的直方图,采用改进的最大类间方差法自适应地分割瞳孔区域,实现粗略定位,然后利用瞳孔灰度的梯度特性来精确定位瞳孔边缘点,最后在像素级瞳孔边缘点的基础上,采用亚像素定位方法,更精确地求得亚像素级瞳孔边缘点,并通过椭圆拟合的方法来精确确定瞳孔的中心位置。另外,针对瞳孔被遮挡的情况,本文提出了一种等距离补偿瞳孔的方法。多次实验结果证明了该算法对遮挡瞳孔的定位有较强的鲁棒性,可以准确地定位瞳孔的位置。
长时间颈部前屈对颈部肌肉疲劳的影响
徐明伟, 金龙哲, 于露, 刘建国, 张安琪
2019, 41(11): 1493-1500. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.04.24.007
摘要:
长期颈部前屈对颈椎造成严重影响。为定量评估长时间低头对颈椎疲劳造成的影响,选取20名健康受试者,保持低头角度40°~60°持续3 h。选择胸锁乳突肌,颈部夹肌和肩部斜方肌测量其表面肌电信号。经滤波、整流、振幅标准化等处理后,对每60 s的肌电值进行积分和求其平均功率频率。研究发现,积分肌电值的波动变化具有规律性,首次增大后的减小表征肌肉进入疲劳状态;不同肌肉的平均功率频率(mean power frequency,MPF)值具有明显差异,决定着该肌肉疲劳耐受性的持续时间,且在整个颈部前屈过程中MPF并非简单的线性关系。提出用MPF的导数来提取疲劳特征,用窗口化的MPF负数累积判定肌肉疲劳。结果表明,MPF负数累积能很好地判断肌肉疲劳,胸锁乳突肌在20 min内出现最终疲劳,而颈部夹肌和肩部斜方肌在20 min左右出现了短暂性疲劳,随后在75~100 min时又出现了最终疲劳。因此建议持续颈部前屈时长不超过20 min。